2014-02-24
934
Тема № 2 Основы учения о биосфере. Концепция ноосферы
Некоторые характеристики простейших связей
Характеристики химических связей
При анализе протекания реакций с формальных позиций не понятно, почему при действии С12 на С2Н6 идет замещение атомов водорода, а не разрыв связи углерод — углерод. Энергия разрыва связи С—Н составляет 414 кДж/моль, а связи С—С - лишь 339 кДж/моль. Однако всегда проходит реакция (а), а не (б):
hn
СН3— СН3 + С12 ¾® СН3—СН2С1 + НС1; (а)
hn
СН3—СН3 + С12 ¾® 2СН3С1. (б)
В таких случаях необходимо оценивать не только энергию разрыва соответствующих связей, а общий энергетический эффект процесса. Для реакции (а) затраты энергии следующие: гомолитический разрыв связи С1—С1 требует 243 кДж/моль, связи С—Н - 414 кДж/моль, всего - 657 кДж/моль. При образовании связи Н—С1 выделяется 431 кДж/моль энергии, а связи С—С1 - 326 кДж/моль. Всего при этом выделяется 757 кДж/моль. Следовательно, реакция (а) экзотермична и ее энергетический эффект равен 100 кДж/моль. Для реакции (б) затраты на разрыв связей С1—С1 и С—С равны соответственно 243 и 339 кДж/моль, всего - 582 кДж/моль. При образовании двух связей С—С1 выделяется энергия 326 × 2 = 652 кДж/моль. Таким образом, реакция (б) тоже экзотермична, но энергетический эффект равен только 71 кДж/моль. Отсюда нетрудно сделать вывод, что пойдет реакция (а), а не (б).
|
|
|
(Мерой полярности связи является электрический момент диполя – ЭДМ - m, представляющий собой произведение длины диполя l на абсолютный эффективный заряд g: m=g×l. Электрический момент диполя обычно выражают в дебаях (D): 1D=3,33×10-30 Кл×м.)
| Связь | Энергия, кДж/моль | Длина, нм | Полярность m | Поляризуемость а × 10-24, см3 | |
| 1030 × Кл × м | D | ||||
| С—С | 0,154 | 1,3 | |||
| С=С | 0,133 | 4,2 | |||
| СºС | 0,120 | 6,2 | |||
| Н—С | 0,109 | 1,33 | 0,4 | 1,7 | |
| С—N | 0,147 | 4,00 | 1,2 | 1,5 | |
| С=N | 0,127 | 4,34 | 1,3 | 3,8 | |
| CºN | 0,115 | 13,36 | 4,0 | 4,8 | |
| С—O | 0,143 | 5,34 | 1,6 | 1,5 | |
| C=O | 0,121 | 10,68 | 3,2 | 3,3 | |
| С— F | 0,140 | 7,68 | 2,3 | 1,7 | |
| С—С1 | 0,176 | 7,68 | 2,3 | 6,5 | |
| С—Вr | 0,191 | 7,34 | 2,2 | 9,6 | |
| С—I | 0,212 | 6,68 | 2,0 | 14,6 | |
| Н—O | 0,096 | 5,01 | 1,5 | 1,9 | |
| Н—N | 0,101 | 4,34 | 1,3 | 1,8 | |
| N—N | 0,147 | ||||
| NºN | 0,110 | ||||
| N=O | 0,115 |
1 Электроотрицательность – условная величина, характеризующая способность атома в химическом соединении притягивать к себе электроны.
* Диэлектрическая проницаемость e характеризует поляризацию диэлектриков под действием электрического поля Е.
Учение о биосфере принадлежит к важнейшим теоретическим достижениям человечества; на его основе осуществляется взаимодействие общества и природы.
|
|
|
Биосфера – «область жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа. Термин был введен 1875 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Обсуждая особенности Земли, как планеты, он писал: «Одно кажется чужеродным на этом, большом, состоящим из сфер в небесном теле, а именно органическая жизнь…. На поверхности материков можно встретить самостоятельную биосферу». Э. Зюсс, таким образом, рассматривал биосферу в чисто топологическом смысле – как пространство, заполненное жизнью. Термин вошел в обиход, не имея четкого определения.
Еще раньше, в 1802 году, знаменитый французский ученый Ж.Б. Ламарк, не употребляя термина «биосфера», отметил планетарную роль жизни в формировании земной коры, как настоящее время, так и в прошлые этапы истории планеты, предвосхитив, таким образом, современный взгляд на это понятие. На рубеже 19-20 веков идея о глобальном влиянии жизни на природные явления была обоснована в трудах крупнейшего ученого – почвоведа В.В. Докучаева.
Развернутое учение о биосфере создано и разработано академиком В.И. Вернадским, опубликовавшим в 1926 г. свой классический труд «Биосфера». Принципиальные положения учения В.И. Вернадского о биосфере органически сочетают подходы его предшественников. С одной стороны, он рассматривает биосферу как оболочку Земли, в которой существует жизнь. В этом плане В.И. Вернадский различает газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера) оболочки земного шара, как составляющие биосферы, области распространения жизни (см. рис.2.1). С другой стороны, В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера – не просто пространство, в котором обитают живые организмы, а ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и прошедшем.
Рис. 2.1 Строение биосферы.
На рис. 2.1 цифрами обозначено: 1 – граница распространения животных; 2 – граница распространения высших растений; 3 – луга, леса; 4 – почва (0.1 … 1.5 м); 5 – биогеосфера «пленка жизни»; 6 – озоновый «экран»; 7 – эвфотическая зона; 8 – афотическая зона; 9 – донные отложения.
Биосфера подразделяется на:
1. Эубиосфера – область, где живое вещество локализовано постоянно (12 … 17 км);
2. Парабиосфера – область выше эубиосферы;
3. Метабиосфера – область ниже эубиосферы.
В последних двух живые существа могут попадать лишь случайно.
Озоновый слой (озоносфера) – слой атмосферы в пределах стратосферы, с наибольшей плотностью молекул озона (О3) на высоте 22-26 км (у полюсов 7-8 км, а у экватора 17-18 км максимальное – 45-50 км).
Рассмотрим более подробно основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере.
Всю совокупность живых организмов В.И. Вернадский обозначил термином «живое вещество», противопоставляя его «косному веществу», к которому он относил все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Третья категория вещества в биосфере, по В.И. Вернадскому – это «биокосное вещество». Сюда он причислял комплекс взаимодействующих живого и косного веществ (органические воды, нефть и т.д.; важнейшее значение как биокосное вещество имеет почва). Наконец, существует «биогенное вещество» – биологические породы, созданные деятельностью живого вещества (известняки, каменный уголь и т.д.). В.И. Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.
Основным отличием живого вещества от косного является охваченность его эволюционным процессом, непрерывно создающим новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и потоков энергии. В этом состоит залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара.
Таким образом, биосфера, по В.И. Вернадскому, представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов – живого вещества.
Человечество входит в эту систему как ее составляющая часть. «Человечество, как живое вещество неразрывно связано с материально-энергетическими процессами, определяющими геологической оболочки Земли – с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту» (В.И. Вернадский 1944 г.).
